Como cuestión de "buenas prácticas", recomendamos el uso de nuevos pernos prisioneros siempre que se vuelva a montar una junta de intercambiador de calor.
Para una empresa que limpia y reutiliza pernos de forma rutinaria, esta recomendación de utilizar pernos nuevos puede parecer un poco exagerada. ¿Por qué utilizar espárragos nuevos cuando los usados aún parecen nuevos? ¿No es una pérdida de dinero sin sentido? ¿Por qué tirar un taco en perfecto estado? En la era del reciclaje, ¿no es mejor reutilizar que sustituir?
¿Recuerda el viejo refrán "No se juzga un libro por su portada"? Pues aquí tenemos un ejemplo perfecto: no se puede juzgar un espárrago por su aspecto. Es cierto que los espárragos usados pueden limpiarse. Incluso se pueden cepillar para que parezcan nuevos. Pero el aspecto de un espárrago no es el más importante de sus atributos. Lo más importante es su rendimiento. Y los datos demuestran que la resistencia a la fricción de un espárrago usado es muy impredecible.
Hace varios años, Chevron realizó una prueba de campo para investigar esta cuestión. Entre los cientos de intercambiadores de calor de su refinería de El Segundo se encuentran los intercambiadores de calor "gemelos", E-1585A y E-1585B, idénticos entre sí en todos los aspectos. El día de la prueba sustituyeron la junta del cabezal flotante de cada intercambiador y apretaron la conexión. Como no hay espacio suficiente en el cabezal flotante, no se utilizaron arandelas endurecidas. Aparte de eso, se utilizaron las mejores prácticas; lubricaron todo adecuadamente y utilizaron una llave dinamométrica calibrada en ambos. La única diferencia entre el E-1585A y el E-1585B era el estado de los espárragos. En el E-1585B se utilizaron espárragos y tuercas nuevos. En el otro, el E-1585A, reutilizaron los espárragos después de limpiarlos y cepillarlos con alambre hasta dejarlos "como nuevos". Después de apretarlos, midieron la tensión real de los espárragos y los resultados son los que se ven en los gráficos adjuntos.
El primer gráfico muestra los resultados de los espárragos utilizados en el E-1585A. La tabla incluida en el gráfico muestra que la tensión media de los espárragos fue de 28.000 psi, un 16,4% inferior a la tensión objetivo de 33.500 psi. Pero la tensión "media" de los espárragos no lo dice todo, ya que la dispersión (la diferencia de un espárrago a otro) es de hasta 10 a 1. Aunque los espárragos estaban bien limpios y lubricados, era imposible predecir cuánta carga se generaría con un par de apriete específico.
El segundo gráfico muestra una imagen muy mejorada. La carga media de los montantes se aleja ahora sólo un 12% de la carga deseada. Pero lo más importante es que la dispersión se ha reducido drásticamente: la mayoría de las cargas de los montantes se sitúan entre el 10% y el 15% de la media, y la disparidad entre las cargas más bajas y las más altas se ha reducido en un 83%.
Recuerde que estos resultados se obtuvieron sin utilizar arandelas endurecidas debajo de la tuerca giratoria. Es muy probable que el uso de arandelas endurecidas para reducir el arrastre por fricción en la cara de la brida hubiera reducido aún más la dispersión y hubiera aumentado la carga media del espárrago hasta acercarla a la carga proyectada. Sin embargo, aunque estos resultados no son "perfectos", son ciertamente "razonables".
¿Por qué es tan importante?
Chevron ha demostrado a lo largo de años de investigación que, además de utilizar un tipo de junta óptimo, el secreto de la estanqueidad a largo plazo en los intercambiadores de calor depende de cómo se trate la relajación en la junta. Para gestionar la relajación es fundamental cargar la junta para conseguir una elevada tensión de asiento. Esto debe hacerse de forma fiable a un valor alto y predeterminado.
Así pues, si un ingeniero determina que una junta necesita una tensión de asiento de 20.000 psi para ofrecer fiabilidad a largo plazo, y que se requiere un par de apriete de 600 lb-pie (por ejemplo) para alcanzar esa carga, tiene que poder confiar en que cuando los espárragos se aprieten a 600 lb-pie generarán realmente la tensión de tornillo que prevé.[1]
Y ése es el problema de los espárragos usados. Debido a la rodadura casi microscópica y al gripado de las superficies roscadas, el espárrago ya no convierte el par de apriete en tensión de forma predecible. La relación entre el par de apriete del espárrago y la carga de la junta se rompe. Por ello, Chevron exige el uso de espárragos nuevos siempre que se abra una junta de intercambiador.
Ahora bien, hay un par de excepciones a esta regla, y Chevron las reconoce en sus normas. En primer lugar, si un espárrago se tensa (no se aprieta), se puede reutilizar, ya que el par de apriete no entra en juego. En segundo lugar, si una persona está dispuesta a repasar las roscas tanto de los espárragos como de las tuercas con un macho de roscar y una terraja -renovando así las roscas-, puede reutilizar los tornillos de forma segura.
A veces se argumenta que los espárragos usados son mejores que los nuevos porque se han endurecido. La respuesta a este argumento es que el endurecimiento no importa. Lo que importa es la capacidad del espárrago para proporcionar un predecible predecible a la junta, porque así es como se consigue un rendimiento sin fugas.
La prueba de este planteamiento se ve fácilmente en la experiencia de Chevron. En la última década han conseguido lo que muchos consideraban imposible: eliminar las fugas de los intercambiadores de sus refinerías. El uso de nuevos espárragos para optimizar la carga de la junta es un componente importante de las soluciones empleadas para lograr este fin.
[1] Para un análisis más completo sobre la importancia de centrarse en las tensiones específicas del asiento de la junta en lugar de en las tensiones específicas del espárrago, consulte la nota técnica titulada ¿Esfuerzo en el espárrago o en la junta? Dar en el blanco correcto.